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Les sujets de thèses

34 sujets IRAMIS

Dernière mise à jour : 10-12-2018


• Chimie

• Chimie physique et électrochimie

• Energie, thermique, combustion, écoulements

• Interactions rayonnement-matière

• Matière molle et fluides complexes

• Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux

• Matériaux et applications

• Optique - Optique laser - Optique appliquée

• Physique atomique et moléculaire

• Physique du solide, surfaces et interfaces

• Physique mésoscopique

 

Developpement de méthodes de fonctionnalisation des nanotubes de carbone et du graphène pour la conversion d'énergie

SL-DRF-19-0236

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Innovation, Chimie des Surfaces Et Nanosciences (LICSEN)

Saclay

Contact :

Stéphane CAMPIDELLI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Stéphane CAMPIDELLI

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01-69-08-51-34

Directeur de thèse :

Stéphane CAMPIDELLI

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01-69-08-51-34

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/stephane.campidelli/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/licsen/

Le but de cette thèse est de développer des nouvelles méthodes de fonctionnalisation des nanomatériaux carbonés (nanotubes de carbone et graphène) possédant à la fois les avantages des méthodes covalentes (stabilité des assemblages, facilité de purification et de manipulation) et celles des méthodes non-covalentes (conservation intacte du système p-conjugué des nanotubes/du graphène) sans les inconvénients respectifs de ces deux méthodes.

L’intérêt de ce projet va bien au-delà de la simple fonctionnalisation de nano-objets : d’un point de vu fondamental, ces travaux vont permette d’étudier la façon dont les molécules interagissent et se déposent à la surface des nanomatériaux. Le contrôle de ces propriétés peut permettre de maximiser certaines interactions et favoriser, par exemple, le tri des nanotubes de carbone en fonction de leur chiralité. D’un point de vu plus applicatif et en fonction des matériaux qui vont interagir avec les nanotubes/graphène des applications dans le domaine du photovoltaïque, de la catalyse, de l’électronique et la spintronique moléculaire peuvent émerger.

Synthèse et propriétés optiques de nanoparticules de graphène

SL-DRF-19-0235

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Innovation, Chimie des Surfaces Et Nanosciences (LICSEN)

Saclay

Contact :

Stéphane CAMPIDELLI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Stéphane CAMPIDELLI

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01-69-08-51-34

Directeur de thèse :

Stéphane CAMPIDELLI

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01-69-08-51-34

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/stephane.campidelli/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/licsen/

Depuis sa découverte qui a valu le Prix Nobel de Physique à A. Geim et K. Novoselov en 2010, le graphène a provoqué l’engouement de la communauté scientifique. À cause de ces propriétés électroniques, le graphène est vu comme un matériau de choix pour de très nombreuses applications : électronique/optoélectronique rapide et flexible, électrode ou matériau actif dans le domaine des énergies renouvelables (photovoltaïque, piles à combustible, supercondensateurs).



Pour de nombreuses applications, il convient d’être capable de modifier et de contrôler les propriétés électroniques du graphène. Ceci peut être réalisé grâce à l’apport de la chimie organique. Dans ce sujet, nous proposons de synthétiser des motifs graphéniques en particulier des nanoparticules de graphène et d’étudier leurs propriétés d’absorption et d’émission dans l’IR. Ce projet sera développé en collaboration avec des physiciens, le candidat devra donc avoir un gout prononcé pour le travail pluridisciplinaire.

Analyse et modélisation de l’évolution de nouveaux matériaux actifs, lors des premiers cycles charge-décarge d’un accumulateur Li-Ion

SL-DRF-19-0490

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA)

Saclay

Contact :

Benoit MATHIEU

Nathalie HERLIN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Benoit MATHIEU

CEA - DRT/LITEN/DEHT/LMP

04 38 78 18 44

Directeur de thèse :

Nathalie HERLIN

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LEDNA

0169083684

Page perso : http://iramis.cea.fr/nimbe/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=herlin

Labo : http://iramis-i.cea.fr/nimbe/ledna/

Voir aussi : https://www.researchgate.net/profile/Benoit_Mathieu

Dans le cadre de la transition énergétique, le stockage de l’énergie est un enjeu majeur. Il apparait cependant nécessaire d’augmenter la capacité de stockage des batteries et une voie pourrait être l'utilisation du silicium en complément du graphite pour l'électrode négative des accumulateurs Li-ion. Le développement des accumulateurs basés sur ces matériaux est cependant freiné par leur instabilité, liée au gonflement du silicium lors de l'insertion du lithium. La compréhension des phénomènes se produisant au cours des premiers cycles de fonctionnement apparaissent ainsi fondamentaux pour maitriser le fonctionnement sur le long terme.



Ce projet de thèse a pour objectif la compréhension et la modélisation du comportement mécanique de ces nouvelles électrodes silicium-graphite. Il repose sur 3 équipes : à Saclay, on synthétisera des matériaux à façon : nanoparticules de silicium, alliages silicium/germanium, cœur@coquille où la coquille sera du carbone. On utilisera aussi comme référence des matériaux de type silicium/graphite commerciaux. Le comportement des matériaux sera étudié à Grenoble à l’aide d’un diffractomètre de laboratoire permettant des analyses in-situ et operando et des grands instruments tels que ESRF ou SOLEIL. Ces mesures fourniront des informations sur la contrainte à l’intérieur du silicium mais aussi sur l’état de lithiation du graphite et permettront la modélisation de l’électrochimie de l’insertion du lithium dans le silicium, notamment la dépendance en temps de l’hystérésis, encore mal comprise. L’objectif de la thèse est de construire un modèle de batterie basé sur la physique qui permette, à partir d’expériences "simples" de mesures de gonflement, de mesures de performances électriques des cellules et de cyclages en début de vie et de modélisation numérique, de déduire le comportement mécanique et électrochimique des cellules à l’échelle des grains et des agglomérats. Ceci afin de pouvoir prédire le vieillissement des cellules à long terme, en lien avec leurs propriétés mécanique.

Caractérisation in situ de batteries métal-O2 par spectroscopie RMN solide

SL-DRF-19-0495

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Structure et Dynamique par Résonance Magnétique (LCF) (LSDRM)

Saclay

Contact :

Alan WONG

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Alan WONG

CNRS - DRF/IRAMIS/NIMBE/LSDRM

+33 1 69 08 41 05

Directeur de thèse :

Alan WONG

CNRS - DRF/IRAMIS/NIMBE/LSDRM

+33 1 69 08 41 05

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/alan.wong/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lsdrm/index.php

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/nimbe/Pisp/magali.gauthier/

Les batteries métal-oxygène apparaissent ces dernières années comme une alternative possible aux batteries Li-ion. En particulier, l’intérêt pour les batteries lithium ou sodium-oxygène (M-O2) provient de leur potentielle forte densité d'énergie théorique. Cependant, de nombreux verrous restent à lever et de nombreux efforts à fournir pour comprendre les mécanismes sous-jacents dans les batteries M-O2. L'élucidation des processus électrochimiques de décharge et de leurs produits (MO2 ou M2O2), et de la réactivité de l'électrolyte, est cruciale. L'objectif de la thèse est d'étudier les réactions électrochimiques et chimiques dans les batteries M-O2 au cours du cyclage en temps réel en utilisant la spectroscopie NMR à l'état solide in situ. La thèse consistera à (1) optimiser l’installation de spectroscopie NMR à l’état solide in situ au LSDRM développée récemment pour l'étude des batteries métal-O2; (2) comprendre les mécanismes réactionnels dans les systèmes M-O2; et (3) explorer de nouvelles voies pour améliorer les performances de la batterie au LEEL.

Dynamique de relaxation électronique résolue en conformation et multi-échelle de molécules flexibles

SL-DRF-19-0512

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

(SBM)

Saclay

Contact :

Lionel POISSON

Eric GLOAGUEN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Lionel POISSON

CNRS-UMR9222 - DSM/IRAMIS/LIDYL/DYR

01 69 08 51 61

Directeur de thèse :

Eric GLOAGUEN

CNRS - DSM/IRAMIS/LIDyL/SBM

01 69 08 35 82

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/34/lionel.poisson.html

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDYL/index.php

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/Pisp/70/eric.gloaguen.html

Les molécules flexibles sont omniprésentes dans la Nature (protéines, sucres, ...) et sont sources de nombreuses applications (médicaments, machines moléculaires, ...). Par définition, ces molécules existent sous plusieurs conformations qui possèdent chacune des propriétés physiques, chimiques ou biologiques pouvant varier grandement d'une conformation à l'autre. Parmi celles-ci, la photoexcitation et la relaxation des états électroniques sont particulièrement sensibles à la conformation: la durée de vie du premier état électronique excité peut, par exemple, varier de plusieurs ordres de grandeurs suivant la conformation adoptée. Toutefois, la mise en évidence expérimentale de tels effets conformationnels sur les états excités reste rare en raison de la difficulté à étudier spécifiquement une conformation présente dans un mélange conformationnel. Cette thématique reste donc encore peu documentée malgré un besoin de résultats expérimentaux pour aider au développement des modèles théoriques, et un manque de compréhension dans un domaine où les enjeux fondamentaux (intersections coniques, phénomènes ultrarapides) et applicatifs (photostabilité, transfert d'énergie) sont importants.



Dans ce contexte, le laboratoire LIDYL réunit plusieurs dispositifs expérimentaux permettant une étude originale multi-échelle (ns-fs) et résolue en conformation de la dynamique de relaxation électronique de systèmes moléculaires flexibles. Le programme de recherche portera principalement sur des systèmes d'intérêt biologiques et des complexes moléculaires, et consistera à :



- Mettre en évidence des processus dynamiques dépendant de la conformation afin de rationaliser les observations

- Caractériser des espèces jusque-là inaccessibles aux techniques de détection classiques.

Etude par microscopie électrochimique du transport multiphase au sein des matériaux composites d’une pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC)

SL-DRF-19-0493

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Innovation, Chimie des Surfaces Et Nanosciences (LICSEN)

Saclay

Contact :

Renaud CORNUT

Bruno JOUSSELME

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2019

Contact :

Renaud CORNUT

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

01 69 08 91 91

Directeur de thèse :

Bruno JOUSSELME

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LICSEN

0169 08 91 91

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/renaud.cornut/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/licsen/

L'émergence de l'hydrogène comme vecteur d'énergie doit contribuer à stopper la pollution due à l'usage de sources d'énergie carbonées dans les transports. Dans les véhicules la conversion en électricité est obtenue par des piles à combustible à membrane échangeuse de proton.



Le but du projet est de rendre celles-ci compatibles avec le marché de masse en surmontant les verrous associés aux cathodes par l’utilisation de nano-objets catalytiques sans métaux nobles. Dans cette approche, il existe une grande diversité de nano-objets, d’additif, et de conditions de mise en forme si bien que la stratégie optimale est très difficile à trouver. Nous allons mettre en place une plateforme électro-analytique pour évaluer en routine les propriétés électrochimiques effectives de matériaux multifonctionnels utilisés dans les piles à combustible, puis produire différents matériaux de manière combinatoire dont l'analyse va permettre de rationaliser les différentes étapes de synthèse des matériaux et d'optimiser leurs performances avec une attention particulière au vieillissement.

Rrecyclage du dioxyde de carbone par des nanohybrides photocatalytiques dans des puces microfluidiques

SL-DRF-19-0507

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Florent Malloggi

Eric DORIS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2019

Contact :

Florent Malloggi

CEA - DSM/IRAMIS/NIMBE/LIONS

33.(0)1.69.08.23.55

Directeur de thèse :

Eric DORIS

CEA - DRF/JOLIOT/SCBM/LMT / Tritium

+33-169 08 80 71

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/florent.malloggi/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lions/

Notre société basée sur les combustibles fossiles est confrontée à deux problèmes majeurs et interdépendants:

i) l'épuisement progressif des combustibles fossiles et

ii) l'impact de leur combustion sur la pollution de l'air et le réchauffement de la planète provoqués par l'émission à grande échelle de dioxyde de carbone (CO2).



Pour éviter les conséquences évidentes sur les changements climatiques, la concentration de ce gaz à effet de serre dans l'atmosphère doit être stabilisée mais, à mesure que la population croît et que les économies se développent, la demande en combustibles fossiles des pays en développement augmente. La réduction photocatalytique du CO2 est considérée comme une stratégie très prometteuse pour la production de carburants à base d'hydrocarbures tout en résolvant la crise énergétique et l'effet de serre.



L’objectif de cette thèse est de répondre aux principes d’un cycle intégré d’oxydation / réduction de H2O, pour un stockage efficace de l’énergie solaire et la remise en état de l’environnement. L’objectif ultime est d’amener la photo-réduction du CO2 aux carburants liquides tels que le méthanol, le méthane ou les hydrocarbures légers tout en utilisant H2O comme source primaire, renouvelable, sans carbone, d’équivalents réducteurs (par exemple, des électrons). Cette stratégie va au-delà de la photosynthèse artificielle par fractionnement de l’eau à partir de l’énergie solaire, produisant du H2 moléculaire. Au lieu de cela, ce projet s'intéresse à la réduction directe du CO2 d'origine anthropique afin de produire des hydrocarbures classiques par cycle photocatalytique renouvelable.

Modélisation de caloduc oscillant

SL-DRF-19-0488

Domaine de recherche : Energie, thermique, combustion, écoulements
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Systèmes Physiques Hors-équilibre, hYdrodynamique, éNergie et compleXes (SPHYNX)

Saclay

Contact :

Vadim Nikolayev

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Vadim Nikolayev

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

+33169089488

Directeur de thèse :

Vadim Nikolayev

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

+33169089488

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/vadim.nikolayev/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/SPHYNX/

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=2271&id_unit=9&id_groupe=214

La gestion thermique des composants des véhicules ou appareils électroniques est nécessaire afin d’une part, d’éviter la surchauffe des éléments émetteurs de chaleur (moteurs, processeurs…) et d’autre part, de récupérer la chaleur pour l’utiliser par ailleurs. Des moyens de transfert de chaleur de plus en plus efficaces (tels que caloducs) sont recherchés. Le caloduc oscillant (Pulsating Heat Pipe, PHP) est un seul tube capillaire sans structure interne, plié en méandre et bouclé sur lui-même. Une des extrémités du méandre est en contact thermique avec un point chaud, l’autre, avec un point froid. Le PHP renferme un fluide diphasique sous la forme d’un train de bouchons liquides séparés par des bulles de vapeur. L’oscillation chaotique des bouchons liquides commence spontanément après le début du chauffage. Les bouchons se déplacent entre les zones chaude et froide engendrant l’échange de chaleur non seulement par la chaleur latente, mais aussi convectif. Cela fait du PHP un système simple et très efficace par rapport aux autres types des caloducs. Cependant, contrairement à eux, son fonctionnement est non-stationnaire (chaotique dans la plupart des cas) et donc plus difficile à comprendre et à modéliser. L’objectif de la thèse est d’une part de comprendre théoriquement l’écoulement hydrodynamique d’une bulle de Taylor en présence d’oscillations et changement de phase, et d’autre, le comportement collectif de l’ensemble des bulles à l’intérieur du capillaire en utilisant des méthodes de la dynamique non-linéaire et en s’appuyant sur le code de calcul CASCO (Code Avancé de Simulation de Caloduc Oscillant) développé au CEA. Cela est indispensable pour maitriser des différents régimes d’oscillations afin de convertir CASCO en un outil de dimensionnement pour des applications industrielles. Le travail sera mené en collaboration avec des groupes expérimentaux dans le cadre de projets nationaux et internationaux.

Développement d’un canon à ion pour l’étude résolue en temps de la formation des défauts dans les matériaux

SL-DRF-19-0432

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Marie GELEOC

Jean-Philippe RENAULT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2019

Contact :

Marie GELEOC

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/SBM

Directeur de thèse :

Jean-Philippe RENAULT

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 15 50

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/marie.geleoc/

Labo : http://iramis.cea.fr/lidyl/sbm/

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=jrenault

L’objectif de cette thèse est de développer des méthodes résolues en temps permettant de comprendre la dynamique de formation des défauts dans les matériaux. Il s’agira en particulier de développer et de caractériser une source délivrant des impulsions courtes (picoseconde) pour l’étude des effets balistique induits par l’irradiation des matériaux et de la coupler à des méthodes de suivi en temps réel de leur structure électronique.

Fragmentation quantique dans les systèmes magnétiques frustrés

SL-DRF-19-0538

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire Léon Brillouin (LLB)

Groupe 3 Axes (G3A)

Saclay

Contact :

SYLVAIN PETIT

ELSA LHOTEL

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

SYLVAIN PETIT

CEA - DRF/IRAMIS

01 69 08 60 39

Directeur de thèse :

ELSA LHOTEL

CNRS - Insitut Néel

04 76 88 12 63

Page perso : http://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=spetit

Labo : http://www-llb.cea.fr/

Le magnétisme frustré constitue une des voies de recherche moderne susceptibles de mener à la découverte de nouveaux états de la matière. Les “glaces de spins”, et plus généralement les “phases de Coulomb”, en forment un exemple célèbre. A la différence des structures magnétiques ordonnées classiques, ces états magnétiques restent désordonnés jusqu'aux plus basses températures mais présentent des corrélations spin-spin spécifiques. Dans ce contexte, un nouveau concept a été proposé [PRX 4, 011007 (2014)], baptisé “fragmentation magnétique”. Il s’agit d’un état original où le moment magnétique se scinde en deux fragments: l’un forme une phase antiferromagnétique de moment ordonné réduit; l’autre reste fluctuant et forme une phase de Coulomb.



En combinant mesures macroscopiques d'aimantation et expériences de diffusion élastique et inélastique de neutrons, nous avons pu montrer que le composé pyrochlore Nd2Zr2O7 pourrait être une réalisation de cette théorie [1,2], même si des indices expérimentaux montrent que des phénomènes quantiques encore incompris sont à l’œuvre.



Le but de ce travail de thèse est de comprendre l'origine de la fragmentation dans ce système. On cherchera notamment à déterminer son domaine de stabilité, en étudiant des composés substitués. En effet, en remplaçant une partie du Zirconium (Zr) par du Titane (Ti), ou du Néodyme (Nd) par du Lanthane (La), les interactions magnétiques vont être modifiées. En variant les taux de substitution, nous pourrons explorer le diagramme de phase et sonder l'existence d'un point critique quantique prévu théoriquement. La complémentarité entre mesures macroscopiques et mesures de diffusion des neutrons est une des clefs pour résoudre le Hamiltonien quantique du système et, au-delà, comprendre les mécanismes microscopiques de la fragmentation ainsi que la nature des excitations qui en émergent.



Le travail de thèse se partagera entre l’Institut Néel (Grenoble) et le LLB (Saclay). Il s’agit à la fois de mesurer l'aimantation et la chaleur spécifique des échantillons jusqu'à très basse température (100 mK) (Institut Néel) et de déterminer finement les structures magnétiques ainsi que le spectre des excitations magnétiques par l’ensemble des techniques de diffusion des neutrons. Ces dernières études se feront au LLB (Saclay) et à l’ILL (Grenoble). Une partie significative de l’analyse des données sera basée sur des outils de simulation numérique, existants pour la plupart, mais aussi à développer le cas échéant.

Impulsions attosecondes générées dans des réseaux optiques actifs : expériences, théorie et applications

SL-DRF-19-0487

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Attophysique (ATTO)

Saclay

Contact :

Thierry Ruchon

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Thierry Ruchon

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/ATTO

0169087010

Directeur de thèse :

Thierry Ruchon

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/ATTO

0169087010

Page perso : http://iramis.cea.fr/LIDYL/Pisp/thierry.ruchon/

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDYL/atto/

La lumière dans l’extrême ultraviolet (XUV) constitue une sonde universelle de la matière, qu’elle se présente en phase diluée ou condensée : les photons associés à cette gamme spectrale portent une énergie de 10 à 100 eV, suffisante pour ioniser directement atomes, molécules ou objets solides. De grands instruments tels les synchrotrons ou les lasers à électrons libres (LEL) fonctionnent dans cette gamme spectrale et permettent d’étudier, tant du point de vue fondamental qu’appliqué, les interactions lumière-matière dans ce régime. Cependant, ces grands instruments n’offrent pas la résolution temporelle permettant d’atteindre les échelles de temps ultimes des interactions lumière-matière, situées dans la gamme attoseconde (1as=10-18s). Une alternative est offerte par le développement, ces dernières années, de sources XUV basées sur la génération d’harmoniques d’ordre élevé (HHG) d’un laser femtoseconde intense. Notre laboratoire a été pionnier pour le développement, le contrôle et la mise en forme de ces sources fournissant des impulsions XUV attosecondes.

Au cours de cette thèse, nous développerons des dispositifs spécifiques, mettant en jeu deux faisceaux formant un réseau actif de génération d’harmoniques afin de contrôler le transfert aux impulsions attosecondes d’un moment angulaire, qu’il soit de spin ou orbital. Ceci ouvrira de nouvelles applications mettant en jeu des spectroscopies résolues en temps ignorées à ce jour. L’accent sera mis, d’une part sur les aspects fondamentaux des couplages de moment angulaires de spin et orbitaux de la lumière dans le régime hautement non linéaire, d’autre part sur des applications de physique attoseconde, en phase diluée ou condensée. En particulier, nous chercherons à mettre en évidence des dichroïsmes hélicoïdaux, qui se manifestent par des absorptions différentes de faisceaux portant des moment angulaires orbitaux opposés. Ces effets restent très largement ignorés à ce jour.



L’étudiant(e) acquerra une pratique de l’optique des lasers, en particulier femtoseconde, et des techniques de spectrométrie de particules chargées. Il (elle) étudiera également les processus de physique des champs forts sur lesquels se basent la génération d'harmoniques élevées. Il/elle deviendra un(e) experte de la physique attoseconde. L’acquisition de techniques d’analyse approfondie, d’interfaçage d’expérience seront encouragées même si non indispensables.

Sujet détaillé : http://iramis.cea.fr/LIDYL/Pisp/thierry.ruchon/

Influence de l'irradiation sur les propriétés optiques infrarouge de ZnGeP2

SL-DRF-19-0056

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Saclay

Contact :

Jérémie Lefevre

Bruno BOIZOT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Jérémie Lefevre

Ecole Polytechnique - Laboratoire des Solides Irradiés

01 69 33 45 30

Directeur de thèse :

Bruno BOIZOT

CEA - DRF/IRAMIS/LSI/LSI

01 69 33 45 22

Page perso : https://www.polytechnique.edu/annuaire/fr/users/bruno.boizot

Labo : https://portail.polytechnique.edu/lsi/fr/recherche/defauts-desordre-et-structuration-de-la-matiere

Le composé ZnGeP2, sous sa forme monocristalline, est un matériau remarquable et très prometteur dans le domaine optique infrarouge : il est transparent entre 1 et 8 µm et, du fait de sa biréfringence positive, il possède des propriétés optiques non linéaires très efficaces.



L’amélioration des propriétés de transparence dans le domaine IR de ce matériau est ainsi un défi à la fois technique et scientifique. Cependant, la présence de défauts issus de la synthèse induit les bandes d’absorption limitant ses propriétés physique. L’irradiation pourrait être un nouveau moyen pour modifier la nature et la concentration des défauts responsables des processus d’absorption dans ce composé.



L'objectif de ce travail de thèse est donc de définir les conditions d’irradiation optimales en termes de fluence, nature et énergie des particules, température d’irradiation pour améliorer les propriétés dans le domaine IR. Dans ce but, une méthode quantitative telle que la résonance paramagnétique électronique sera utilisée afin de déterminer les mécanismes de production de défauts d’irradiation et leurs interactions avec les défauts issus de la synthèse.

Miroirs plasmas 'in silico': "vers l'obtention de sources lumineuses d'intensités extrêmes et d'accélérateurs de particules ultra-compacts"

SL-DRF-19-0633

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Physique à Haute Intensité (PHI)

Saclay

Contact :

Henri VINCENTI

Guy BONNAUD

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Henri VINCENTI

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

0169080376

Directeur de thèse :

Guy BONNAUD

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

0169088140

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/henri.vincenti/

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDYL/PHI/

Voir aussi : https://picsar.net

Avec l’avènement des lasers de puissance de classe PW, capables de délivrer des intensités lumineuses de 10^22 W.cm^-2 pour lesquelles la matière devient plasma, la physique des Ultra-Hautes Intensités (UHI) vise maintenant à résoudre deux challenges majeurs : peut-on produire des accélérateurs de particules compacts délivrant des faisceaux d’électrons de haute charge à haute énergie, qui seront cruciaux pour repousser les limites de la Science des hautes énergies ’ Peut-on atteindre des intensités lumineuses extrêmes, approchant la limite de Schwinger (10^29W.cm^-2), au-delà de laquelle la lumière s’autofocalise dans le vide et des paires électron/positron sont produites’ Résoudre ces deux grandes questions à l’aide des lasers de puissance PW en construction (e.g. CILEX/APOLLON, ELI) requiert une rupture conceptuelle que je propose de développer au cours de cette thèse.



En particulier, cette thèse vise à démontrer que les ‘miroirs plasma relativistes’, produits lorsqu’un laser femtoseconde (1fs=10^-15s) de puissance frappe une cible solide, pourraient fournir une approche simple et élégante permettant de résoudre ces deux grands challenges de la physique UHI. Lors de sa réflexion sur le miroir plasma, le laser peut générer des paquets d’électrons relativistes de haute charge ainsi que des faisceaux harmoniques de courtes longueurs d’onde très intenses. Pourrait-on utiliser ces miroirs plasmas pour focaliser fortement les faisceaux harmoniques et approcher la limite de Schwinger ’



Pourrait-on utiliser les miroirs plasmas comme des injecteurs de très haute charge dans un laser PW capable de fournir des gradients accélérateurs de 100TV.m^-1 ’ La mission du candidat sera de répondre à ces deux interrogations ‘in silico’, à l’aide de simulations numériques massivement parallèles nécessitant les plus gros calculateurs disponibles à l’heure actuelle. Dans cette optique, le candidat utilisera nos derniers développements numériques et d’optimisation de la méthode Particle-In-Cell (PIC) qui rendent possible, pour la première fois, une simulation 3D réaliste de l’interaction laser-miroir plasma à haute intensité. Ces développements ont été implémentés, validés et testés dans notre code 3D PICSAR (https://www.picsar.net). Armé de PICSAR, le candidat modélisera numériquement de nouveaux schémas d’interaction utilisant les miroirs plasmas pour résoudre les deux grands challenges physiques introduits ci-dessus.

Physique et applications d'électrons chauds d'origine plasmonique

SL-DRF-19-0347

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Laboratoire d'Electronique et nanoPhotonique Organique (LEPO)

Saclay

Contact :

Ludovic DOUILLARD

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Ludovic DOUILLARD

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LEPO

01 69 08 36 26

Directeur de thèse :

Ludovic DOUILLARD

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LEPO

01 69 08 36 26

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/ludovic.douillard/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/LEPO/

A petite échelle, l’interaction de la lumière avec un objet métallique se traduit par l’occurrence de résonances au sein du spectre d’absorption, les résonances plasmon. Ces résonances correspondent aux processus d’oscillations collectives des électrons de conduction du métal [Mie 1908] et constituent un domaine de recherche à part entière baptisé Plasmonique. Au-delà des aspects de manipulation du champ proche optique, un objet métallique à résonance plasmon constitue une source d’électrons chauds, dont les propriétés électroniques atypiques peuvent être mises à profit pour la conduite de réaction de chimie locale.



Ce travail a pour objectif d’étudier la physique amont de la production des électrons chauds par un objet métallique de petite taille en lien avec des applications, notamment médicales telles que la thérapie photodynamique ciblée. Il s’agit d’un travail à dominante expérimentale en collaboration étroite avec un partenariat pertinent de physiciens, chimistes, biologistes et oncologues (CEA, CentraleSupélec, ENS Paris Saclay, Paris Hôpital Saint-Louis). Il bénéficiera de l’expérience acquise par le groupe CEA IRAMIS SPEC en microscopie LEEM / PEEM (Low Energy Electron / PhotoEmission Electron Microscopy), dont le principe repose sur le suivi de la distribution des photoélectrons émis en réponse à une résonance plasmon [Douillard 2017, 2012, 2011] et constitue par la même une technique de choix pour ce type d’étude.



Les objectifs visent à répondre à d’importantes questions fondamentales relatives à l’émission d’électrons chauds par une particule métallique sous excitation optique multiphotonique. Il s’agit notamment de déterminer la dynamique d’émission des porteurs de charges (expérience pompe-sonde) et leurs distributions tant spatiale à l’échelle du nano-objet qu’énergétique au travers de spectres en énergie cinétique d’objets individuels. L’objectif ultime s’inscrit dans le cadre d’un projet d’oncologie médicale (cancer du sein), dont le but est l’optimisation de thérapies en cours de développement, notamment photothermiques et photodynamiques.





Mots clefs : Electrons chauds, plasmon, laser, photoémission, PEEM, LEEM



[Mie 1908] G. Mie, Ann. Phys. (Leipzig) 25 (1908) 377

[Douillard 2012, 11] S. Mitiche et al. J. of Phys. Chem. C 121 (2017) 4517–4523, C. Awada, et al. J. of Phys. Chem. C 16 (2012) 14591, L. Douillard, F. Charra. J. of Phys. D: Applied Physics 44 (2011) 464002, C. Hrelescu, et al. Nano Lett. 11 (2011) 402–407

Batterie au Li-métal à électrolyte hybride avec conduction par ions lithium uniquement

SL-DRF-19-0554

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire Léon Brillouin (LLB)

Groupe de Diffusion Neutron Petits Angles

Saclay

Contact :

Jacques JESTIN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Jacques JESTIN

CNRS - LLB01/Laboratoire de Diffusion Neutronique

0661476825

Directeur de thèse :

Jacques JESTIN

CNRS - LLB01/Laboratoire de Diffusion Neutronique

0661476825

Aujourd'hui et dans les années à venir, le développement des batteries à haute performance, sûre et à faible coût est la clé pour l'expansion des industries et des marchés importants tels que les véhicules électriques et les énergies renouvelables. La technologie de batterie au lithium-métal polymère (LMP) est sans doute la plus attrayante. Le lithium métal est l’anode de choix avec sa capacité spécifique 10 fois plus élevée que celle utilisée dans les batteries Li-ion, pour produire des batteries de très haute densité d’énergie. De plus, le lithium métal est le seul choix pour profiter des capacités élevées des technologies lithium-air et lithium-soufre. Cependant, les électrolytes polymères secs ne fonctionnent qu’à 80°C, une température où les propriétés mécaniques sont insuffisantes et leur fenêtre de stabilité électrochimique est limitée. Comme pour les électrolytes liquides, la fraction de charge portée par Li+ est faible (t+< 0.2), ce qui limite les performances électriques.



Dans ce contexte, le principal objectif de la thèse est de développer une batterie LMP capable de fonctionner à température ambiante sur un grand nombre de cycles (> 1000). Pour atteindre cet objectif, nous proposons une approche multidisciplinaire réunissant différentes compétences dans les domaines de chimie organique et polymère, de matériaux hybrides, de transport des ions, d’électrochimie et de stockage électrochimique pour concevoir un électrolyte solide multifonctionnel « révolutionnaire ». Cet électrolyte réunit les différentes propriétés antagonistes telles que une conductivité ionique élevée à température ambiante, des propriétés mécaniques élevées, une grande stabilité électrochimique des interfaces.



Le projet de thèse est donc consacré à :

•La fonctionnalisation de la surface des nano-charges, par exemple oligomères de silsesquioxanes polyédriques (POSS), silice colloïdale ou nano-fibres de cellulose, avec les courtes chaines de polyoxyéthylènes (POE) amorphe et/ou avec le sel de lithium à base de l’anion TFSI .

•La formulation des électrolytes hybrides auto-dopés par le mélange de nano-charges fonctionnalisées avec une matrice conducteur d’ion Li+ (par exemple les POE réticulés).

•La caractérisation approfondie des électrolytes nano-hybrides préparés qui comprend la dispersion des nano-charges dans la matrice de polymère, la dynamique (macro)moléculaire et les propriétés macroscopiques (transport et mécanique). Ces caractérisations permettent d’établir la relation entre la structure/composition et les propriétés macroscopiques.

•La construction d’un prototype de batterie LMP pour quantifier les nouveaux électrolytes nano-hybrides.



Les électrolytes hybrides auto-dopés proposés auront (i) une valeur de tLi+ proche de 1 parce que l’anion est greffé de manière covalente aux nano-charges. Li+ est le seul ion mobile dans le milieu ; (ii) une conductivité ionique élevée (par exemple =10-4 S/cm à température ambiante) grâce aux mobilités élevées des chaines courtes de POE greffées à la surface de nano-charges ainsi qu’à l’emploi d’un sel lithium hautement dissocié ; (iii) des propriétés mécaniques suffisantes pour contrer la croissance dendritique grâce au rôle de renfort des nano-charges et au réseau réticulé de la matrice conducteur d’ion ; (iv) une stabilité électrochimique élevée jusqu’à 5V vs Li+/Li (potentiel nécessaire pour utiliser les matériaux actifs de haut potentiel dans l’assemblage de la batterie) du fait du greffage de l’anion ; (v) une stabilité thermique améliorée pour la sécurité grâce à la présence de nano-charges, en particulier les POSS.



Ce projet sera mené en collaboration étroite entre le Laboratoire Léon Brillouin (DRF/IRAMIS) au CEA Saclay, le Laboratoire d’Electrochimie et de physicochimie des matériaux et des interfaces (LEPMI/Grenoble INP) à Grenoble et l’Institut de Chimie Radicalaire (Université Aix-Marseille) de Marseille.

Batteries "lithium métal polymère" : Vers un fonctionnement à température ambiante

SL-DRF-19-0563

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire Léon Brillouin (LLB)

Groupe Biologie et Systèmes Désordonnés

Saclay

Contact :

Jean-Marc ZANOTTI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Jean-Marc ZANOTTI

CEA - DRF/IRAMIS/LLB/GBSD

(+33)(0)4-76-20-75-82

Directeur de thèse :

Jean-Marc ZANOTTI

CEA - DRF/IRAMIS/LLB/GBSD

(+33)(0)4-76-20-75-82

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/jean-marc.zanotti/

Labo : http://www-llb.cea.fr/

Voir aussi : http://liten.cea.fr/cea-tech/liten/Pages/Accueil.aspx

Ce travail de doctorat propose de mettre en œuvre une méthode originale pour permettre l’utilisation de batteries "lithium métal polymère" à température ambiante.

Cet objectif sera atteint par la mise en conjonction de trois effets :

i) le confinement nanométrique de l’électrolyte polymère (Poly(Oxyde d’Éthylène) (PEO) + sel de lithium) au sein de membranes à base de tapis de NanoTubes de Carbone Alignés Verticalement (VA-NTC).

ii) l’utilisation de POE de faible masse molaire.

iii) la conduction ionique unidimensionnelle.



Les propriétés de transport des ions lithium et la conduction ionique seront contrôlées par deux distances caractéristiques : le diamètre des pores (1-4 nm) et la longueur totale des VA-NTC (de 10 à 500 µm). La compréhension des propriétés de transport sur des distances différant de plusieurs ordres de grandeur appelle naturellement à une approche multi-échelles.

Pour son volet fondamental, l'objectif premier de cette étude est de développer une approche expérimentale multi-échelles pour appréhender de façon globale la mobilité exaltée en confinement 1D.

Etude biophysique de la dynamique de la conformation de la chromatine au cours de la réplication du génome

SL-DRF-19-0435

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Frédéric GOBEAUX

Patrick GUENOUN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Frédéric GOBEAUX

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01 69 08 24 74

Directeur de thèse :

Patrick GUENOUN

CEA - DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS

01-69-08-74-33

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/frederic.gobeaux/

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lions/

L’organisation tridimensionnelle du génome et sa dynamique dans des cellules vivantes sont déterminantes pour ses fonctions. Il est crucial de les comprendre et d’identifier les paramètres qui la contrôlent. L’état de l’art actuel permet d’appréhender l’organisation à courte portée (<10 nm) et à longue portée (>250 nm) de la chromatine dans le noyau. Cependant, il existe une zone intermédiaire (10-250 nm) où l’organisation spatiale de la chromatine est mal identifiée. Cette zone correspond précisément à la taille des complexes protéiques qui modifient la chromatine pour permettre la duplication du génome.



Nous étudierons par diffusion des rayons X des cultures cellulaires au cours de la duplication du génome et autres événements cellulaires. Grâce à un montage expérimental adapté nous mesurerons la dynamique de la conformation de la chromatine lors de la duplication du génome et compléterons cette analyse par des simulations numériques (dynamique moléculaire) afin de corréler la dynamique de la chromatine avec celle de la duplication du génome. Nous utiliserons différents mutants cellulaires et ajouterons des composés chimiques pour perturber le système et modifier les structures observées.



Ce projet est en collaboration entre une équipe de physique et une équipe de biologie et comportera pour l'étudiant des aspects des deux disciplines.

Les plastiques en contact avec des fluides biologiques : caractérisation des interactions avec les protéines

SL-DRF-19-0420

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l'Energie (NIMBE)

Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)

Saclay

Contact :

Yves BOULARD

Serge PIN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2019

Contact :

Yves BOULARD

CEA - DSV/IBITEC-S/SB²SM

+33 169083584

Directeur de thèse :

Serge PIN

CNRS - UMR 3299

01 69 08 15 49

Page perso : http://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=spin

Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lions/

Voir aussi : http://joliot.cea.fr/drf/joliot/Pages/Entites_de_recherche/I2BC_saclay/sb2sm.aspx

Les microplastiques et les nanoplastiques sont des polluants d’un nouveau genre qui peuvent soit se stabiliser dans l’eau soit au contraire s’agréger et sédimenter. Par leurs tailles, ils soulèvent de graves préoccupations pour la santé et l’environnement car ils peuvent être ingérés par les organismes aquatiques et s’accumuler dans la chaine alimentaire animale et humaine. L’objectif de cette thèse est de décrire les interactions entre micro et nanoplastiques et les protéines, interactions qui vont piloter le devenir de ces polluants en milieu biologique.

Piezo-générateurs flexibles nouvelle génération

SL-DRF-19-0497

Domaine de recherche : Matériaux et applications
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Saclay

Contact :

Marie-Claude CLOCHARD

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Marie-Claude CLOCHARD

CEA - DSM/IRAMIS/LSI/LSI

0169334526

Directeur de thèse :

Marie-Claude CLOCHARD

CEA - DSM/IRAMIS/LSI/LSI

0169334526

Page perso : https://www.polytechnique.edu/annuaire/fr/users/marie-claude.clochard

Labo : https://portail.polytechnique.edu/lsi/fr

Dans le cadre des énergies renouvelables, l'objectif de cette thèse est d'étudier des dispositifs piézoélectriques innovants pour la génération d'électricité.



D’un point de vue matériau, le couplage des irradiations aux ions lourds accélérés (GANIL) et de l’irradiation aux électrons (SIRIUS) pourrait permettre d’accroître non seulement la permittivité des matériaux composites polymère piézo/nanofil métalliques mais aussi l’élasticité de polymères piézoélectriques par les défauts structuraux tels que les scissions de chaines induites par irradiation aux électrons. La flexibilité du matériau est un paramètre critique pour l’efficacité d’un générateur piézoélectrique afin de permettre une mise en mouvement spontanée de la structure du dispositif pour de faibles vitesses d’écoulement.



D’un point de vue mécanique, les travaux menés jusqu’ici se sont concentrés sur l’optimisation des performances de tels systèmes dans des écoulements simples, c’est à dire uniformes et permanents. Si la compréhension du comportement de ces systèmes dans de telles conditions idéalisées est une étape préliminaire indispensable, comprendre l’impact de la variabilité temporelle et spatiale des écoulements géophysiques sur leur efficacité est une seconde étape tout aussi essentielle. En particulier, vents et courants sont par nature turbulents, varient à l’échelle de la journée ou des saisons, et sont profondément hétérogènes spatialement du fait de leur interaction avec le relief. Comprendre la robustesse des performances de ces systèmes vis à vis de ces complexités représente l’un des enjeux majeurs du point de vue de la mécanique des fluides dans les prochaines années.

Applications des techniques d’échantillonnage parcimonieux à la métrologie spatio-temporelle des lasers ultrabrefs

SL-DRF-19-0604

Domaine de recherche : Optique - Optique laser - Optique appliquée
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Physique à Haute Intensité (PHI)

Saclay

Contact :

Fabien QUÉRÉ

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Fabien QUÉRÉ

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

01.69.08.10.89

Directeur de thèse :

Fabien QUÉRÉ

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

01.69.08.10.89

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/107/fabien.quere.html

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDYL/PHI/

La technologie laser permet aujourd'hui de produire des impulsions de lumière cohérente d'une durée de quelques dizaines de femtosecondes seulement, avec des énergies allant jusqu’à plusieurs joules par impulsion. Ces faisceaux lasers sont susceptibles de présenter des couplages spatio-temporels, c’est-à-dire une dépendance spatiale de leurs propriétés temporelles, qui peuvent dégrader considérablement leurs performances. Notre groupe de recherche a développé ces dernières années différentes techniques pour mesurer la structure spatio-temporelle complète de telles faisceaux lasers. Ces techniques ont été démontrées sur différents lasers, parmi les plus puissants existants actuellement. Les objectifs de cette thèse seront d'exploiter ces nouvelles techniques pour caractériser des sources laser de complexité croissante, et de rendre ces techniques plus performantes. Il s'agira notamment de réduire le nombre de tirs lasers nécessaires pour ces mesures, aussi bien en exploitant les techniques modernes d'échantillonnage parcimonieux ('compressed sensing' en anglais), qu'en imaginant de nouvelles façons physiques d'encoder l'information pertinente dans les données mesurées. L'objectif ultime est d'obtenir toute l'information sur la structure spatio-temporelle du faisceau en utilisant un unique tir laser, au lieu des centaines de tirs requis par les techniques actuelles.

Dynamique électronique dans les biomolécules : une approche duale expérience-théorie

SL-DRF-19-0496

Domaine de recherche : Physique atomique et moléculaire
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

(SBM)

Saclay

Contact :

Michel MONS

Valérie BRENNER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Michel MONS

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/SBM

01 69 08 20 01

Directeur de thèse :

Valérie BRENNER

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/SBM

01.69.08.37.88

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/michel.mons/

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDyL/SBM/

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/meetings/ESBODYR/index.php

De nombreux systèmes moléculaires complexes absorbent la lumière dans l’UV, certains d’extrême importance pour la biologie, comme les bases de l’ADN ou les protéines. Les états excités peuplés par l’absorption UV bénéficient de mécanismes de désactivation d’importance majeure pour la photostabilité de ces espèces. Ces processus, souvent ultrarapides, offrent un moyen rapide et efficace de dissiper l’excitation électronique sous forme de vibration, évitant ainsi les réactions photochimiques qui conduisent généralement à des dommages structurels affectant la fonction biologique du système. Notre connaissance de ces processus qui contrôlent la durée de vie de l’état excité peut être approfondie à travers l’étude en phase gazeuse de systèmes d’intérêt biologique modèles mimant des fragments des constituants du vivant comme par exemple, les peptides pour les protéines. L’objectif principal de cette thèse est donc d’étudier la dynamique électronique de systèmes d’intérêt biologique, i.e., des modèles des constituants du vivant, et ainsi d’appréhender les phénomènes élémentaires qui contrôlent la durée de vie des états excités de ces systèmes. L’approche mixte expérience-théorie, qui utilisera des développements méthodologiques récents, reposera sur :



i) La caractérisation expérimentale des durées de vie en fonction des espèces étudiées (expérience pompe-sonde en régime nano-, pico- et femtoseconde) ainsi que de la cascade d’états formés. Les expériences bénéficieront notamment du diagnostic d’imagerie de photoélectrons, qui permettra de suivre le chemin de relaxation suivi par le système, et notamment d’apprécier le rôle de ses différents états excités et de sa conformation,



ii) la modélisation des surfaces d’énergie potentielle (SEP) des états excités de ces systèmes et en particulier, la détermination des zones critiques sur la surface, comme les intersections coniques, et des mouvements induisant les mécanismes de désactivation. La taille des systèmes, leur flexibilité, la présence de liaisons non-covalentes qui gouvernent les structures et la nature très diverse des états excités requièrent la mise en œuvre d’une stratégie calculatoire multi-étapes et multi-niveaux, faisant appel à des méthodes de chimie quantique sophistiquées (dynamique non-adiabatique, méthode "Coupled Cluster" et méthode d’interaction de configuration multi-référence).



Enfin, ce travail de thèse s’effectuera dans le prolongement du projet ANR ESBODYR («Excited States of BiO-relevant systems: towards ultrafast DYnamics with conformational Resolution» (Défis de tous les savoirs, Coord. V. Brenner, 2014-2018). Il bénéficiera par ailleurs pour le volet théorique de l’accès aux moyens de calculs intensif nationaux (GENCI/TGCC et DRF/CCRT) et pour le volet expérimental, de l’accès au serveur femtoseconde ATTOLab (Orme des Merisiers) et du serveur picoseconde du Centre Laser de l’Université Paris-Sud (CLUPS).



Contact : Michel Mons, http://iramis.cea.fr/Pisp/michel.mons/ et Valérie Brenner, http://iramis.cea.fr/Pisp/valerie.brenner/.

Dynamique électronique de biomolécules : vers une modélisation des mécanismes de désactivation des états excités.

SL-DRF-19-0519

Domaine de recherche : Physique atomique et moléculaire
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

(SBM)

Saclay

Contact :

Valérie BRENNER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Valérie BRENNER

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/SBM

01.69.08.37.88

Directeur de thèse :

Valérie BRENNER

CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/SBM

01.69.08.37.88

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/valerie.brenner/

Labo : http://iramis.cea.fr/LIDyL/SBM/

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/meetings/ESBODYR/index.php

De nombreux systèmes moléculaires complexes absorbent la lumière dans l’UV, certains d’extrême importance pour la biologie, comme les bases de l’ADN ou les protéines. Les états excités peuplés par l’absorption UV bénéficient de mécanismes de désactivation d’importance majeure pour la photostabilité de ces espèces. Ces processus, souvent ultrarapides, offrent un moyen rapide et efficace de dissiper l’excitation électronique sous forme de vibration, évitant ainsi les réactions photochimiques conduisant généralement à des dommages structurels susceptibles d’affecter la fonction biologique du système. Notre connaissance de ces processus qui contrôlent la durée de vie de l’état excité peut être approfondie à travers l’étude en phase gazeuse de systèmes d’intérêt biologique modèles mimant des fragments des constituants du vivant comme par exemple, les peptides pour les protéines. La taille des systèmes, leur flexibilité, la présence de liaisons non-covalentes qui gouvernent les structures et la nature très diversifiée des états excités nécessitent d’avoir recours à des modèles théoriques sophistiqués pour une complète caractérisation des structures et la détermination des mécanismes de relaxation des premiers états excités. L’objectif principal de cette thèse est donc de mettre en œuvre une stratégie calculatoire faisant appel à des méthodes de chimie quantique sophistiquées permettant non seulement la caractérisation des premiers états excités de ces systèmes mais aussi une modélisation partielle des surfaces d’énergie potentielle de ces états afin d’en appréhender la dynamique électronique. Enfin, ce sujet est en relation directe avec des expériences de spectroscopies menées dans notre équipe sur ces systèmes, expériences utilisant les récents développements des techniques expérimentales de spectroscopie en phase gazeuse et donnant accès à des données très précises sur les propriétés spectroscopiques et la dynamique électronique de relaxation. Par ailleurs, il s’effectuera dans le prolongement d’un projet ANR, ESBODYR ou "Excited States of BiO-relevant systems: towards ultrafast Dynamics with conformational Resolution" (Coord. V. Brenner, 2014-2018) et bénéficiera de l’accès aux moyens de calcul intensif nationaux (GENCI/TGCC et DRF/CCRT).

Compréhension de l’évolution de la ténacité des zones de démixtion avec des simulations de dynamique moléculaire

SL-DRF-19-0033

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Systèmes Physiques Hors-équilibre, hYdrodynamique, éNergie et compleXes (SPHYNX)

Saclay

Contact :

Cindy ROUNTREE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Cindy ROUNTREE

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

+33 1 69 08 26 55

Directeur de thèse :

Cindy ROUNTREE

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

+33 1 69 08 26 55

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/cindy.rountree/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/SPHYNX/

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/spec/index.php

Ce projet de recherche fondamentale et appliquée est motivé par la nécessité de prédire, contrôler et d’améliorer la durabilité mécanique des verres sur le long terme. Les verres d’oxydes sont utilisés pour de nombreuses structures (panneaux de protection, satellites, cellules photovoltaïques…) soumises à d’amener un endommagement générant une apparition et une propagation lente de fissure (Corrosion Sous Contrainte, CSC).



Des études récentes [1-3] ont dévoilé une méthode très innovante pour améliorer la réponse en corrosion sous contrainte qui consiste à irradier électroniquement le matériau. Cependant, l’irradiation par électrons engendre des zones de démixtion. La question qu’on se propose de résoudre ici est de vérifier si l’apparition de zone de démixtion (APS, Amorphous Phase Separation) est bien responsable de l’amélioration comportement en corrosion sous contrainte, puis de l’étudier pour ensuite augmenter la tenue en service des verres.



Le doctorat devra étudier les propriétés physiques, mécaniques et rupture des verres avec APS avec des simulations de dynamique moléculaire. L'objectif principal étant d'étudier les propriétés physiques et comment il change les propriétés de rupture dans des verres avec APS. Cela fournira des informations sur le comportement de la fissure en fonction des différentes phases présentes dans les verres avec APS.



Cette méthode a déjà été utilisée dans nos équipes de recherche pour étudier la fracture dynamique en fonction de la vitesse de propagation de la fissure dans de la silice pure (SiO2). L’utilisation de ces DM pour l’étude du comportement en CSC de verres SBN APS aidera à comprendre comment la structure physique des verres modifie les propriétés mécaniques. Le doctorant sera donc amené à utiliser différents systèmes de HPC (in-house et les supercalculateurs). Le but étant de corréler les mécanismes de fissuration des verres avec d’autres propriétés macroscopiques, mesoscopiques, et microscopiques.



Sur le plan logistique, le candidat sera encadré par C.L. Rountree au CEA. En conclusion, le thème de ce projet est la compréhension de la source des changements dans la propriété macroscopique, et en particulier comment contrôler les propriétés de fissuration en CSC en faisant varier la structure des verres via l’apparition de zone de démixtion (APS).

Contrôle électromécanique de parois de domaines topologiques en surface

SL-DRF-19-0384

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Laboratoire d'Etude des NanoStructures et Imagerie de Surface (LENSIS)

Saclay

Contact :

Nicholas BARRETT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Nicholas BARRETT

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LENSIS

0169083272

Directeur de thèse :

Nicholas BARRETT

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LENSIS

0169083272

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/87/nick.barrett.html

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=2075

Dans les matériaux ferroélectriques ou ferroélastiques, des domaines se forment pour minimiser les contributions électrostatiques et mécaniques à l’énergie libre du système, séparés par des parois de domaines (DWs). DWs rompt la symétrie et démontre des propriétés «étonnantes et très différentes par rapport aux matériaux de volume, dont la conductivité, la supraconductivité et la polarité. En conséquence, elles pourraient constituer un nouveau paradigme pour la nanoélectronique dans lequel la paroi devient l’élément actif du dispositif. Une structure polaire ou conductrice bidimensionnelle et commutable dans un milieu diélectrique ouvrirait une voie vers le stockage d’information à très haute densité et à basse consommation d’énergie. La thèse s’adressera aux parois entre domaines ferroélastiques et ferroélectriques.

Des monocristaux massifs ferroélectriques (BaTiO3), ferroélastiques (CaTiO3) et des films épitaxie ales (BaTiO3, PbTiO3 et CaTiO3) seront étudiés. La microscopie à électrons à basse énergie ou en photoémission sera utilisée pour imager la topographie électrique, la chimie locale et la structure électronique des parois de domaines. Des dispositifs pour l’imagerie des parois en fonction du stress mécanique ou champ électrique seront employés pour des expériences in operando. En collaboration avec le Prof. Ekhard Salje de l’université de Cambridge, un modèle mécanique sera développé pour simuler l’émergence de polarité à partir des gradients de contrainte.

Détection d'objets biologiques submicroniques à l'aide d'un laboratoire sur puce à base de capteurs à Magnétorésistance Géante

SL-DRF-19-0361

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Laboratoire Nano-Magnétisme et Oxydes (LNO)

Saclay

Contact :

Guenaelle Jasmin-Lebras

Stéphanie SIMON

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-02-2018

Contact :

Guenaelle Jasmin-Lebras

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LNO

01 69 08 65 35

Directeur de thèse :

Stéphanie SIMON

CEA - DRF/Joliot/DMTS/SPI/LERI

01 69 08 77 04

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/guenaelle.jasmin-lebras/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/LNO/

Le développement de techniques de diagnostic précoce est un vrai défi dans le domaine médical ou de la défense. Il s’agit d’obtenir un outil capable de détecter rapidement, de façon simple, sensible et spécifique, différents objets biologiques rares en réponse à un besoin d’urgence de diagnostic clinique et/ou de biosécurité. L’approche proposée par le LERI et le LNO est en cela très innovante. Elle est basée sur la combinaison d’un marquage spécifique des anticorps développés au LERI avec des nanoparticules magnétiques et leur détection dynamique avec des capteurs magnétiques très sensibles à base d’électronique de spin. Ce sujet fait actuellement l’objet d’une thèse, qui a permis d’apporter la preuve de concept de la spécificité du test en étudiant un modèle de lignée de cellules de myélome murin. Un nouveau dispositif plus performant, avec des capteurs de part et d’autre du canal microfluidique, a été développé et fabriqué. Au cours de cette nouvelle thèse qui sera réalisée en collaboration avec le LERI, il s’agira de montrer que ce laboratoire sur puce est capable d’atteindre des performances suffisantes pour détecter des objets biologiques de plus petite taille, les bactéries. Le LERI dispose d’ores et déjà d’anticorps dirigés contre différentes bactéries (spores de bactéries gram(+) de Bacillus thuringiensis, bactérie gram(-) Salmonella Typhimurium) qui serviront de modèles d’étude de bactéries de la menace biologique. Au LERI, l'étudiant fonctionnalisera des particules magnétiques avec divers anticorps dirigés contre ces bactéries.

Au LNO, l’étudiant aura pour objectif de développer des laboratoires sur puce et évaluer leurs performances et robustesses. Il devra apprendre à les fabriquer avec les différentes techniques disponibles dans le service (salle blanche, découpe laser, machines de dépôts). Il devra concevoir un dispositif blindé transportable contre le bruit magnétique afin d’effectuer les mesures au LERI dans un environnement de haute sécurité microbiologique de niveau 2. Il adaptera les programmes de simulation et d’acquisition à la détection simultanée d’une bactérie par deux capteurs

Etude du comportement en rupture de métamatériaux mécaniques dont la structure s’inspire de celle des os

SL-DRF-19-0465

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Systèmes Physiques Hors-équilibre, hYdrodynamique, éNergie et compleXes (SPHYNX)

Saclay

Contact :

Daniel BONAMY

Date souhaitée pour le début de la thèse :

Contact :

Daniel BONAMY

CEA - DSM/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

0169082114

Directeur de thèse :

Daniel BONAMY

CEA - DSM/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

0169082114

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/2/daniel.bonamy.html

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/SPHYNX/

La recherche de matériaux combinant légèreté et résistance mécanique est un domaine en plein essor, tiré, dans le domaine du transport notamment par la volonté de réduire les émissions de CO2 et de développer des véhicules économes en carburant. Des progrès importants ont été accomplis récemment ; les méta-matériaux ou matériaux architecturés offre dans ce contexte un potentiel considérable (e.g micro-lattice inventé au Caltech et produit par Boeing).



L’idée proposée ici vise à obtenir une nouvelle classe de matériaux en introduisant une porosité invariante d’échelle (fractale) s’inspirant de la structure osseuse. Il s’agira aussi de regarder comment une telle structure poreuse se répercute en terme de "risques", i.e. de fluctuations statistiques autour du comportement moyen. L’objectif final est d’arriver à des outils de rationalisation rigoureux permettant de définir un/des optimums en termes de légèreté, résistance à la fissuration, et risques (au sens défini ci-dessus).



Nos recherches précédentes nous ont permis de développer un formalisme nouveau, à l’interface entre mécanique des milieux continus et physique statistique, capable de prendre en compte explicitement (dans des cas simples) les inhomogénéités de structure et de prédire les aspects statistiques induits sur le comportement en rupture. Il s’agira d’adapter ce formalisme au cas de porosité fractale. L’étude s’appuiera sur des approches numériques de type "Random Lattice model" de complexité croissante. Une attention particulière sera portée sur une caractérisation propre des fluctuations statistiques autour du comportement en rupture moyen. L’approche sera ensuite qualifiée au travers d’expériences menées sur des échantillons de porosité fractale obtenues par impression additive, puis cassées au moyen d’un dispositif expérimental original développé dans notre laboratoire et donnant accès à la ténacité et ses fluctuations statistiques.



Ce sujet de thèse met en jeux des notions appartenant à la fois à la physique statistique, l’ingénierie mécanique et la science des matériaux. Le candidat aura donc l’opportunité de manipuler les outils théoriques et expérimentaux utilisés dans ces trois domaines. Une collaboration avec le laboratoire FAST à Orsay est prévue. Enfin, le caractère à la fois très fondamental et appliqué de cette recherche permettra au candidat de trouver à l’issue de la thèse des débouchés dans le monde académique et dans l’industrie.

Etude théorique des transports couplés des électrons et de la chaleur pour concevoir des matériaux thermoélectriques à température ambiante

SL-DRF-19-0533

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Saclay

Contact :

Nathalie VAST

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Nathalie VAST

CEA - DRF/IRAMIS/LSI/LSI

01 69 33 45 51

Directeur de thèse :

Nathalie VAST

CEA - DRF/IRAMIS/LSI/LSI

01 69 33 45 51

Page perso : https://www.polytechnique.edu/annuaire/fr/users/nathalie.vast

Labo : https://portail.polytechnique.edu/lsi/fr/recherche/theorie-de-la-science-des-materiaux

La thermoélectricité est une solution possible pour la production d’énergie électrique (effet Seebeck) et pour le refroidissement nanodispositifs (effet Peltier), évitant leur surchauffe. De nouveaux efforts scientifiques et technologiques sont cependant nécessaires pour trouver des matériaux peu coûteux et efficaces afin de développer l’utilisation de ces dispositifs thermoélectriques et pour un fonctionnement à température ambiante. Les simulations numériques, cœur des méthodes qui seront utilisées au cours de ce travail de thèse, sont un outil précieux pour atteindre cet objectif.



La méthode théorique permettant de montrer l’effet de la nanostructuration sur le facteur de mérite ZT devra être développée, tandis que sera fourni un outil de simulation intégré permettant d’évaluer à la fois les contributions de la traînée de diffusion et de la traînée de phonon au coefficient de Seebeck, c’est-à-dire la contribution due au couplage avec les phonons. Cette approche totalement ab initio sera appliquée au germanium (abondant et non toxique) et au bismuth (matériau parmi ceux présentant le coefficient de Seebeck le plus élevé), ce qui permettra d'obtenir une description sans paramètre de la thermoélectricité pour ces matériaux, leurs nanostructures et leurs composés (Si- Alliages de Ge et Bi2Te3).



Les équations de transport de Boltzmann (BTE) pour les électrons et les phonons, qui sont couplées par l'interaction électron-phonon, seront résolues au-delà des approximations standard. L’anharmonicité phonon-phonon et la diffusion de phonons avec des surfaces et des interfaces dans des nanostructures seront prises en compte, dans le but d'ajuster la distribution de phonons afin d’accroître l’effet thermoélectrique. Le couplage électron-phonon sera calculé selon une méthode récente interpolation dans l'espace de Wannier. Enfin, les résultats basés sur la DFT pour le couplage électron-phonon seront couplés à un code de transport de Monte Carlo, ouvrant même la possibilité de modéliser des nano-dispositifs complexes à partir des matériaux qui seront théoriquement étudiés.

Etudes théoriques des propriétés physiques et optiques d'oxydes de titane pour des applications de capteur de gaz

SL-DRF-19-0532

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Laboratoire des Solides Irradiés (LSI)

Saclay

Contact :

Nathalie VAST

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Nathalie VAST

CEA - DRF/IRAMIS/LSI/LSI

01 69 33 45 51

Directeur de thèse :

Nathalie VAST

CEA - DRF/IRAMIS/LSI/LSI

01 69 33 45 51

Page perso : https://www.polytechnique.edu/annuaire/fr/users/nathalie.vast

Labo : https://portail.polytechnique.edu/lsi/fr/recherche/theorie-de-la-science-des-materiaux

Sous les auspices de la Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques (CCNUCC), la communauté internationale s'est engagée dans le développement de la politique de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) afin de limiter les risques du changement climatique. Dans ce cadre et afin de d'avoir le meilleur suivi des concentrations en GES, il est important de développer un capteur haute performance et basse consommation adapté. Une méthode couramment utilisée pour mesurer la concentration de gaz consiste à utiliser des oxydes métalliques semi-conducteurs tels que SnO2, ZnO et TiO2. Certains modèles insistent sur l’importance du transfert de charge dans le mécanisme de détection, mais une étude à partir de premiers principes, incluant le couplage électronique avec phonons, est nécessaire pour mieux comprendre et de façon quantitative le processus d'adsorption du gaz et la réponse optique résultante du système.



Le couplage électron-phonon et la réponse optique d'un dispositif de capteur de gaz seront ainsi modélisées par les méthodes de la théorie fonctionnelle de la densité en fonction du temps, pour lesquelles l'équipe hôte a développé une expertise. Les simulations numériques seront effectuées avec le progiciel Quantum ESPRESSO. Une partie du projet consistera à développer les implémentations théoriques et numériques nécessaires. Le sujet demande ainsi que le candidat soit très motivé par la modélisation, l’informatique et la programmation.

Matériau multifonctionnel pour la transition énergétique et l'opto-spintronique, à base de BaTiO3 dopé azote

SL-DRF-19-0483

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Laboratoire Nano-Magnétisme et Oxydes (LNO)

Saclay

Contact :

Antoine BARBIER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Antoine BARBIER

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LNO

01.69.08.39.23

Directeur de thèse :

Antoine BARBIER

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LNO

01.69.08.39.23

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/antoine.barbier/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/LNO/

Les oxydes dopés N et/ou les oxynitrures constituent une classe de composés en plein essor présentant un large panel de propriétés utilisables, en particulier pour les nouvelles technologies de production d'énergie décarbonnées et pour l’optoélectronique. En effet, l'insertion d'azote dans le réseau cristallin d'un oxyde semi-conducteur permet de moduler la valeur de sa bande interdite et ainsi d'obtenir de nouvelles fonctionnalités. La production de films minces monocristallins correspondants, est un défi important. Dans ce travail de thèse, des oxydes monocristallins dopés N seront élaborés par épitaxie par jets moléculaires assistée de plasma atomique. Le BaTiO3 fournira la ferroélectricité et un spectre d'absorption favorable, tandis qu'une ferrite ferrimagnétique additionnelle donnera un caractère (opto)multiferroïque artificiel. Les structures résultantes seront étudiées quant à leurs caractéristiques ferroélectriques, leurs couplages magnétoélectriques et optoélectroniques et leurs performances en photo-électrolyse pour la décomposition de l’eau, en fonction du dopage N. Ces observations seront corrélées à une compréhension détaillée des structures cristallines et électroniques.



Le (la) candidat(e) abordera l’ensemble des techniques d’ultra-vide, la croissance par épitaxie par jets moléculaires, des mesures de magnétométrie et de photo-électrolyse de l’eau, ainsi qu’un large panel de méthodes de caractérisations basées sur l’exploitation des centres rayonnement synchrotron les plus avancés.

Photoélectrodes à base d’hématite pour la photoélectrolyse de l’eau à faible consommation électrique

SL-DRF-19-0476

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Laboratoire Nano-Magnétisme et Oxydes (LNO)

Saclay

Contact :

Dana STANESCU

Gheorghe Sorin Chiuzbaian

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Dana STANESCU

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LNO

01 69 08 75 48

Directeur de thèse :

Gheorghe Sorin Chiuzbaian

Université Sorbonne, Université Pierre et Marie Curie - Laboratoire de Chimie Physique Matière et Rayonnement

+33 1 44 27 66 15

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/dana.stanescu/

Labo : https://speclno.org/oxide%20nanorod.php

Voir aussi : https://www.synchrotron-soleil.fr/fr/lignes-de-lumiere/HERMES

La production d’hydrogène par électrolyse de l’eau est une approche propre et viable, mais très gourmande en énergie électrique, afin de franchir le potentiel d’oxydoréduction de l’eau. Pour réduire l’apport en énergie électrique nous étudions la possibilité d’utiliser le rayonnement solaire qui, absorbé par des oxydes semi-conducteurs identifiés et optimisés, génère des paires électrons-trous qui vont participer aux réactions d’oxydoréduction dans une cellule de photo-électrolyse. En associant une photo-anode et une photo-cathode en configuration tandem permettra dans l’idéal de s’affranchir complètement du potentiel électrique externe nécessaire pour initier la réaction.



Pour cette thèse nous proposons d’étudier, dans le but d’optimiser, des photo-électrodes à base d’hématite obtenus par voie chimique en solution aqueuse. Cette méthode nous permet d’obtenir des films nanostructurés sous forme de nano-bâtonnets orientés perpendiculairement au substrat. Les photo-anodes et les photocathodes seront obtenues en dopant l’hématite avec du Ti et Mg ou Zn, respectivement. L’activité photo-électrochimique sera corroborée avec la morphologie utilisant des techniques comme le SEM et l’AFM, ou encore avec le potentiel de surface déterminé utilisant le KPFM. De plus, une approche micro-spectroscopique utilisant le STXM de la ligne de lumière HERMES au Synchrotron SOLEIL, permettra de sonder à une échelle nanométrique la composition chimique et la structure électronique des photo-électrodes. De cette manière l’origine microscopique des propriétés de photoconduction sera discernée, nous indiquant les directions pour agir sur les paramètres physico-chimiques cruciaux menant à l’optimisation des photo-électrodes.

Propriétés magnétoélectriques linéaires et multiferroiques dans les composés antiferromagnétiques A4A'2O9

SL-DRF-19-0539

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Laboratoire Léon Brillouin (LLB)

Groupe Diffraction Poudres (GDP)

Saclay

Contact :

Françoise Damay

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Françoise Damay

CEA - DRF/IRAMIS/LLB/GDP

0169084954

Directeur de thèse :

Françoise Damay

CEA - DRF/IRAMIS/LLB/GDP

0169084954

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/francoise.damay/

Labo : http://www-llb.cea.fr/

Le contexte général du sujet de thèse proposé est la recherche de matériaux multiferroïques, c'est à dire présentant un couplage entre ordre magnétique et polarisation électrique, qui permet de manipuler l'aimantation avec un champ électrique ou la polarisation électrique avec un champ magnétique.



Le travail de thèse a pour but d'étudier et comprendre les propriétés magnétoélectriques et multiferroïques d'une famille de composés prometteurs, à savoir les niobiates et tantalates de métaux de transition A4A'2O9. Dans des travaux de 2018, il a été mis en évidence par exemple que Fe4Ta2O9 est multiferroïque en dessous de 30K, mais magnétoélectrique linéaire entre 30K et 85K, ce qui suggère différents types de mécanismes de couplage à élucider. Les techniques expérimentales utilisées seront en particulier aimantation, constante diélectrique et polarisation électrique, associées à de la diffraction de RX et de neutrons en fonction de la température, afin de préciser les relations entre structures cristallines et magnétiques, et propriétés physiques.

Circuits quantiques hybrides entre un spin électronique unique et une cavité supraconductrice

SL-DRF-19-0559

Domaine de recherche : Physique mésoscopique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Groupe Quantronique (GQ)

Saclay

Contact :

Denis VION

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-05-2019

Contact :

Denis VION

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GQ

2 5529

Directeur de thèse :

Denis VION

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GQ

2 5529

Cette thèse en cotutelle avec l'institut quantique de l'université de Sherbrooke vise à la détection d'un spin unique par un résonateur micro-onde supraconducteur, dans deux systèmes distincts: un qubit basé sur le spin d'un électron unique localisé dans une boîte quantique d'une part, et un centre NV dans le diamant d'autre part.

Dans le premier cas, bien que le qubit de spin soit présentement considéré comme un candidat de choix pour le traitement quantique de l’information, la méthode de lecture actuellement privilégiée est destructive. Le projet proposé à l’Université de Sherbrooke vise à démontrer expérimentalement un nouveau type de mesure non destructive utilisant la modulation paramétrique du couplage longitudinal entre un résonateur supraconducteur et le spin.

Dans le second cas du centre NV unique, sa détection purement inductive par un résonateur de faible impédance caractéristique sera développée au CEA-université Paris-Saclay.

Temps de tunneling électronique et ses fluctuations

SL-DRF-19-0504

Domaine de recherche : Physique mésoscopique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Groupe Nano-Electronique (GNE)

Saclay

Contact :

Carles ALTIMIRAS

Patrice ROCHE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2019

Contact :

Carles ALTIMIRAS

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GNE

01 69 08 55 29

Directeur de thèse :

Patrice ROCHE

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GNE

0169087216

Page perso : http://iramis.cea.fr/spec/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=caltimir

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/GNE/

Voir aussi : https://nanoelectronicsgroup.com/

Défiant notre intuition classique, l'effet tunnel a fasciné les physiciens pendant des décennies. Très vite après sa découverte, se posa la question de combien de temps passent les particules qui "tunnellent" sous la barrière classiquement interdite. Malgré son conté intuitif, cette question est mal posée du point de vues des observables quantiques, et n'admet donc pas de réponse unique ce donnant lieu a de multiples définitions correspondantes à différentes expériences de pensée.



Suivant un proposition de Büttiker et collaborateurs [1], nous proposons d'étudier expérimentalement cette question du point de vue d'une observable bien définie: en mesurant le spectre des fluctuations temporelles du nombre des particules se trouvant sous la barrière de potentiel classiquement interdite. L'idée consiste à exploiter des gaz bidimensionnels d'électrons ou des barrières de potentiel sont générées en appliquant un champ électrostatique à des grilles couplées capacitivement. Les même grilles peuvent aussi être utilisées pour collecter les charges miroir qui se développent en réponse aux fluctuations de densité présentes sous la barrière de potentiel et qui sont générées par les électrons qui "tunnellent". Malgré la simplicité conceptuelle, implémenter cette expérience suppose un défi technique, car cela demande de mesurer un petit signal radiofréquence émis par une source de très haute impédance de sortie dans un environnement cryogénique (sub-Kelvin). Afin de répondre à ce défi, nous nous appuierons sur l'expertise du groupe dans le design microondes, ainsi que dans les techniques de mesures RF de très bas bruit dans des environnements cryogéniques, notamment en implémentant des techniques récemment développées pour s'adapter à des hautes impédances [2] nous permettant ainsi de collecter efficacement le signal dans une chaine de détection RF.



Dans un deuxième temps, nous proposons de conduire des expériences similaires dans des conditions expérimentales où l'interaction électron-électron modifie fortement le transport à travers la barrière de potentiel. Notamment, une transition de phase quantique métal/isolant est pilotée par cette interaction lorsqu'un fil 1D présente une impureté, donnant lieu à une dynamique de liquide quantique fortement corrélé [3] (Liquide de Tomonaga-Lutinger). Des études théoriques récentes [4] ont mis en avant que le temps de résidence sous la barrière joue un rôle proéminent dans cette physique, nous souhaitons donc tester ces prédictions pendant la deuxième partie de la thèse.



L'étudiant participera au design microonde des échantillons, à leur fabrication en salle blanche, ainsi qu'à leur mesure en exploitant des techniques de mesure ultra bas bruit dans le proche DC et dans les radiofréquences. Il apprendra aussi les techniques cryogéniques sub-Kelvin en travaillant notamment avec un réfrigérateur à dilution.



Références :

[1] Pedersen, van Langen, and Büttiker, Phys. Rev. B 57, 1838 (1998)

[2] Rolland et al., https://arxiv.org/abs/1810.06217

[3] Anthore et al., Phys. Rev. X 8, 031075 (2018)

[4] Altimiras, Portier and Joyez, Phys. Rev. X 6, 031002 (2016)

Vers le calcul quantique hybride : des circuits supraconducteurs aux spins nucléaires

SL-DRF-19-0529

Domaine de recherche : Physique mésoscopique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Groupe Quantronique (GQ)

Saclay

Contact :

Emmanuel FLURIN

Daniel ESTEVE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2019

Contact :

Emmanuel FLURIN

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GQ

0622623862

Directeur de thèse :

Daniel ESTEVE

CEA - DSM/IRAMIS/SPEC/GQ

0169085529

Page perso : http://iramis.cea.fr/spec/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=eflurin

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/GQ/

L'information quantique a émergé au cours des dernières décennies comme un nouveau pilier scientifique à la croisée des chemins entre la physique quantique et le traitement de l'information. En particulier, le calcul quantique est prometteur pour surpasser calcul classique en offrant une accélération considérable à certaines catégories de problèmes difficiles tels que la factorisation de grands entiers, la recherche dans une base de données non structurée, ou à plus court terme en aidant à la résolution des systèmes quantiques à N-corps en chimie, en matière condensée ou en physique nucléaire. Les bits quantiques sont les supports fondamentaux de l'information quantique, de nombreux systèmes de matière condensée possèdent des degrés de liberté capables de retenir fidèlement cette information quantique, en particulier dans les oscillateurs électriques supraconducteurs ou dans les défauts cristallins des matériaux de haute qualité. La thèse s'inscrit dans un projet de recherche à long terme du groupe Quantronique visant justement à combiner ces deux types de systèmes quantiques dans une structure hybride: des impuretés piégées dans des solides formeraient des éléments de mémoire haute- fidélité dans des processeurs quantiques supraconducteurs.

 

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